JPWO2016017170A1 - DC-DC converter - Google Patents
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Abstract
本発明の課題は、双方向に電圧変換を行うことが可能で、かつ、変換効率を向上させることが可能なDC−DCコンバータを提供することである。本発明に係るDC−DCコンバータ(10)は、スイッチング回路(1)、インダクタ(L1)、コンデンサ(C1)、トランス(T1)、スイッチング回路(2)および制御回路(3)を備える。スイッチング回路(1)の一対の接続端(1c,1d)間には、第1巻線(N11)が電気的に接続されている。インダクタ(L1)とコンデンサ(C1)との直列回路(4)は、一対の接続端(1c,1d)間において第1巻線(N11)と電気的に直列接続されている。The subject of this invention is providing the DC-DC converter which can perform voltage conversion bidirectionally and can improve conversion efficiency. A DC-DC converter (10) according to the present invention includes a switching circuit (1), an inductor (L1), a capacitor (C1), a transformer (T1), a switching circuit (2), and a control circuit (3). A first winding (N11) is electrically connected between the pair of connection ends (1c, 1d) of the switching circuit (1). The series circuit (4) of the inductor (L1) and the capacitor (C1) is electrically connected in series with the first winding (N11) between the pair of connection ends (1c, 1d).
Description
本発明は、一般に、DC−DCコンバータに関し、より詳細には、双方向に電圧変換を行うDC−DCコンバータに関する。 The present invention generally relates to a DC-DC converter, and more particularly to a DC-DC converter that performs bidirectional voltage conversion.
従来、高電圧の第1バッテリと、低電圧の第2バッテリとの間で変圧可能な双方向DC−DCコンバータが提案されている(文献1[日本国公開特許公報第2009−177940号]参照)。 Conventionally, a bidirectional DC-DC converter capable of transforming between a high-voltage first battery and a low-voltage second battery has been proposed (see Document 1 [Japanese Patent Publication No. 2009-177940]). ).
文献1に記載された双方向DC−DCコンバータ(以下、「従来例1のDC−DCコンバータ」)は、トランスと、1次側直交変換部と、2次側直交変換部と、昇圧回路とを備えている。 A bidirectional DC-DC converter described in Document 1 (hereinafter, “DC-DC converter of Conventional Example 1”) includes a transformer, a primary side orthogonal transform unit, a secondary side orthogonal transform unit, a booster circuit, It has.
また、従来、第1端子と第2端子との間において双方向に変圧を行う電力変換回路が提案されている(文献2[日本国公開特許公報第2014−57387号]参照)。 Conventionally, a power conversion circuit that bidirectionally transforms between a first terminal and a second terminal has been proposed (see Document 2 [Japanese Published Patent Publication No. 2014-57387]).
文献2に記載された電力変換回路(以下、「従来例2のDC−DCコンバータ」)は、2段式変圧回路と、制御回路とを備えている。2段式変圧回路は、チョッパ回路と、双方向変圧回路とを備えている。 The power conversion circuit described in Document 2 (hereinafter, “DC-DC converter of Conventional Example 2”) includes a two-stage transformer circuit and a control circuit. The two-stage transformer circuit includes a chopper circuit and a bidirectional transformer circuit.
従来例2のDC−DCコンバータでは、第1端子から第2端子への変圧のとき、チョッパ回路による動作を行わず、双方向変圧回路に設けられたトランスを用いて変圧を行う。また、従来例2のDC−DCコンバータでは、第2端子から第1端子への変圧のとき、チョッパ回路による動作を行い、チョッパ回路および上記トランスを用いて変圧を行う。 In the DC-DC converter of Conventional Example 2, when the voltage is transformed from the first terminal to the second terminal, the operation is not performed by the chopper circuit, but the voltage is transformed using the transformer provided in the bidirectional transformer circuit. In the DC-DC converter of Conventional Example 2, when the voltage is transformed from the second terminal to the first terminal, the operation is performed by the chopper circuit, and the voltage is transformed by using the chopper circuit and the transformer.
ところで、従来例1のDC−DCコンバータでは、双方向に電圧変換を行うために、変換回路(トランス、1次側直交変換部および2次側直交変換部)と、昇圧回路とが必要となり、2段の回路構成を備えることになる。そのため、従来例1のDC−DCコンバータにおける変換回路だけでは、双方向に電圧変換を行うことが難しい。また、従来例1のDC−DCコンバータでは、2段の回路構成を備えることになるため、変換効率を向上させることが難しい。 By the way, in the DC-DC converter of Conventional Example 1, in order to perform voltage conversion in both directions, a conversion circuit (transformer, primary side orthogonal transform unit and secondary side orthogonal transform unit) and a booster circuit are required. A two-stage circuit configuration is provided. Therefore, it is difficult to perform voltage conversion in both directions only with the conversion circuit in the DC-DC converter of Conventional Example 1. Moreover, since the DC-DC converter of Conventional Example 1 has a two-stage circuit configuration, it is difficult to improve the conversion efficiency.
また、従来例2のDC−DCコンバータでは、第1端子から第2端子への変圧のとき、チョッパ回路による動作を行わないため、従来例1のDC−DCコンバータに比べて、一方向の電圧変換において変換効率を向上させることが可能となる。 Further, in the DC-DC converter of the conventional example 2, since the operation by the chopper circuit is not performed at the time of the transformation from the first terminal to the second terminal, the unidirectional voltage is compared with the DC-DC converter of the conventional example 1. Conversion efficiency can be improved in conversion.
しかしながら、従来例2のDC−DCコンバータでは、第2端子から第1端子への変圧のとき、チョッパ回路による動作を行うため、双方向の電圧変換において変換効率を向上させることが難しい。また、従来例2のDC−DCコンバータでも、2段の回路構成(チョッパ回路および双方向変圧回路)を備えることになるため、変換効率を向上させることが難しい。 However, in the DC-DC converter of Conventional Example 2, since the operation by the chopper circuit is performed during the transformation from the second terminal to the first terminal, it is difficult to improve the conversion efficiency in bidirectional voltage conversion. Moreover, since the DC-DC converter of Conventional Example 2 is also provided with a two-stage circuit configuration (chopper circuit and bidirectional transformer circuit), it is difficult to improve the conversion efficiency.
本発明の目的は、双方向に電圧変換を行うことが可能で、かつ、双方向の電圧変換において変換効率を向上させることが可能なDC−DCコンバータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a DC-DC converter capable of performing voltage conversion in both directions and improving conversion efficiency in bidirectional voltage conversion.
本発明に係る一態様のDC−DCコンバータは、第1直流電圧と第2直流電圧とを双方向に電圧変換を行うDC−DCコンバータである。前記DC−DCコンバータは、第1スイッチング素子を具備する第1スイッチング回路と、インダクタと、コンデンサと、トランスとを備えている。また、前記DC−DCコンバータは、第2スイッチング素子を具備する第2スイッチング回路と、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御する制御回路とを備えている。前記第1スイッチング回路は、前記第1直流電圧と第1交流電圧とを双方向に電圧変換を行うように構成されている。前記第2スイッチング回路は、第2交流電圧と前記第2直流電圧とを双方向に電圧変換を行うように構成されている。前記トランスは、第1巻線と第2巻線とを備えている。前記第1巻線と前記第2巻線とは、磁気的に結合されている。前記第1スイッチング回路における前記第1交流電圧側の一対の接続端間には、前記第1巻線が電気的に接続されている。前記第2スイッチング回路における前記第2交流電圧側の一対の接続端間には、前記第2巻線が電気的に接続されている。前記インダクタと前記コンデンサとの直列回路は、前記第1スイッチング回路における前記一対の接続端間において、前記第1巻線と電気的に直列接続されている。 A DC-DC converter according to an aspect of the present invention is a DC-DC converter that performs bidirectional voltage conversion between a first DC voltage and a second DC voltage. The DC-DC converter includes a first switching circuit including a first switching element, an inductor, a capacitor, and a transformer. The DC-DC converter includes a second switching circuit including a second switching element, and a control circuit that controls the first switching circuit and the second switching circuit. The first switching circuit is configured to bidirectionally convert the first DC voltage and the first AC voltage. The second switching circuit is configured to bi-directionally convert the second AC voltage and the second DC voltage. The transformer includes a first winding and a second winding. The first winding and the second winding are magnetically coupled. The first winding is electrically connected between a pair of connection ends on the first AC voltage side in the first switching circuit. The second winding is electrically connected between a pair of connection ends on the second AC voltage side in the second switching circuit. The series circuit of the inductor and the capacitor is electrically connected in series with the first winding between the pair of connection ends in the first switching circuit.
以下では、一実施形態のDC−DCコンバータ10について、図1〜図3を参照しながら説明する。
Below, the DC-
DC−DCコンバータ10は、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とを双方向に電圧変換を行うDC−DCコンバータである。
The DC-
DC−DCコンバータ10は、スイッチング回路1と、インダクタL1と、コンデンサC1と、トランスT1と、スイッチング回路2と、制御回路3とを備えている。トランスT1は、第1巻線N11と第2巻線N12とを備えている。第1巻線N11と第2巻線N12とは、磁気的に結合されている。
The DC-
DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路1が、第1スイッチング回路に相当する。また、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路2が、第2スイッチング回路に相当する。
In the DC-
スイッチング回路1は、第1直流電圧Vd1と第1交流電圧Va1とを双方向に電圧変換を行うように構成されている。スイッチング回路1は、例えば、フルブリッジ回路である。
The
スイッチング回路1は、一対の接続端1a,1bと、一対の接続端1c,1dと、4つのスイッチング素子Q1〜Q4とを備えている。なお、一対の接続端1a,1bは、スイッチング回路1における第1直流電圧Vd1側の一対の接続端に相当する。また、一対の接続端1c,1dは、スイッチング回路1における第1交流電圧Va1側の一対の接続端に相当する。また、4つのスイッチング素子Q1〜Q4の各々は、第1スイッチング素子に相当する。
The
一対の接続端1a,1b間には、例えば、蓄電池11が電気的に接続される。蓄電池11としては、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池などが挙げられる。接続端1aは、蓄電池11のプラス端子と電気的に接続される。接続端1bは、蓄電池11のマイナス端子と電気的に接続される。蓄電池11の端子間電圧は、第1直流電圧Vd1である。
For example, the storage battery 11 is electrically connected between the pair of
一対の接続端1c,1d間には、インダクタL1とコンデンサC1と第1巻線N11との直列回路が電気的に接続されている。要するに、一対の接続端1c,1d間には、第1巻線N11が電気的に接続されている。また、インダクタL1とコンデンサC1との直列回路4は、スイッチング回路1における一対の接続端1c,1d間において、第1巻線N11と電気的に直列接続されている。直列回路4は、直列型の共振回路を構成している。
A series circuit of an inductor L1, a capacitor C1, and a first winding N11 is electrically connected between the pair of
4つのスイッチング素子Q1〜Q4の各々は、例えば、ノーマリオフ型のnチャネルMOSFETである。図1中の4つのスイッチング素子Q1〜Q4に付加されたダイオードは、寄生ダイオードである。 Each of the four switching elements Q1 to Q4 is a normally-off type n-channel MOSFET, for example. The diodes added to the four switching elements Q1 to Q4 in FIG. 1 are parasitic diodes.
スイッチング素子Q1のドレイン端子は、接続端1aと電気的に接続されている。スイッチング素子Q1のソース端子は、スイッチング素子Q2のドレイン端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Q1のゲート端子は、制御回路3と電気的に接続されている。
The drain terminal of the switching element Q1 is electrically connected to the
スイッチング素子Q2のドレイン端子は、接続端1cと電気的に接続されている。スイッチング素子Q2のソース端子は、接続端1bと電気的に接続されている。スイッチング素子Q2のゲート端子は、制御回路3と電気的に接続されている。
The drain terminal of the switching element Q2 is electrically connected to the connection end 1c. The source terminal of the switching element Q2 is electrically connected to the
スイッチング素子Q3のドレイン端子は、スイッチング素子Q1のドレイン端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Q3のソース端子は、スイッチング素子Q4のドレイン端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Q3のゲート端子は、制御回路3と電気的に接続されている。
The drain terminal of the switching element Q3 is electrically connected to the drain terminal of the switching element Q1. The source terminal of the switching element Q3 is electrically connected to the drain terminal of the switching element Q4. The gate terminal of the switching element Q3 is electrically connected to the
スイッチング素子Q4のドレイン端子は、接続端1dと電気的に接続されている。スイッチング素子Q4のソース端子は、スイッチング素子Q2のソース端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Q4のゲート端子は、制御回路3と電気的に接続されている。
The drain terminal of the switching element Q4 is electrically connected to the
なお、スイッチング回路1は、フルブリッジ回路に限らず、例えば、ハーフブリッジ回路またはプッシュプル回路であってもよい。
The
スイッチング回路2は、スイッチング回路1と同様に、第2交流電圧Va2と第2直流電圧Vd2とを双方向に電圧変換を行うように構成されている。スイッチング回路2は、例えば、フルブリッジ回路である。
Similar to the
スイッチング回路2は、一対の接続端2a,2bと、一対の接続端2c,2dと、4つのスイッチング素子Q5〜Q8とを備えている。なお、一対の接続端2a,2bは、スイッチング回路2における第2交流電圧Va2側の一対の接続端に相当する。また、一対の接続端2c,2dは、スイッチング回路2における第2直流電圧Vd2側の一対の接続端に相当する。また、4つのスイッチング素子Q5〜Q8の各々は、第2スイッチング素子に相当する。
The
一対の接続端2a,2b間には、第2巻線N12が電気的に接続されている。 The second winding N12 is electrically connected between the pair of connection ends 2a and 2b.
一対の接続端2c,2d間には、例えば、直流電圧源12が電気的に接続される。直流電圧源12は、例えば、電解コンデンサである。接続端2cは、電解コンデンサの高電位側の端子と電気的に接続される。接続端2dは、電解コンデンサの低電位側の端子と電気的に接続される。直流電圧源12の端子間電圧は、第2直流電圧Vd2である。なお、直流電圧源12は、電解コンデンサであるが、これに限定されない。
For example, a DC voltage source 12 is electrically connected between the pair of connection ends 2c and 2d. The DC voltage source 12 is, for example, an electrolytic capacitor. The
4つのスイッチング素子Q5〜Q8の各々は、例えば、ノーマリオフ型のnチャネルMOSFETである。図1中の4つのスイッチング素子Q5〜Q8に付加されたダイオードは、寄生ダイオードである。 Each of the four switching elements Q5 to Q8 is, for example, a normally-off type n-channel MOSFET. The diodes added to the four switching elements Q5 to Q8 in FIG. 1 are parasitic diodes.
スイッチング素子Q5のドレイン端子は、スイッチング素子Q7のドレイン端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Q5のソース端子は、スイッチング素子Q6のドレイン端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Q5のゲート端子は、制御回路3と電気的に接続されている。
The drain terminal of the switching element Q5 is electrically connected to the drain terminal of the switching element Q7. The source terminal of the switching element Q5 is electrically connected to the drain terminal of the switching element Q6. The gate terminal of the switching element Q5 is electrically connected to the
スイッチング素子Q6のドレイン端子は、接続端2aと電気的に接続されている。スイッチング素子Q6のソース端子は、スイッチング素子Q8のソース端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Q6のゲート端子は、制御回路3と電気的に接続されている。
The drain terminal of the switching element Q6 is electrically connected to the
スイッチング素子Q7のドレイン端子は、接続端2cと電気的に接続されている。スイッチング素子Q7のソース端子は、スイッチング素子Q8のドレイン端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Q7のゲート端子は、制御回路3と電気的に接続されている。
The drain terminal of the switching element Q7 is electrically connected to the
スイッチング素子Q8のドレイン端子は、接続端2bと電気的に接続されている。スイッチング素子Q8のソース端子は、接続端2dと電気的に接続されている。スイッチング素子Q8のゲート端子は、制御回路3と電気的に接続されている。
The drain terminal of the switching element Q8 is electrically connected to the
なお、スイッチング回路2は、フルブリッジ回路に限らず、例えば、ハーフブリッジ回路またはプッシュプル回路であってもよい。
The
制御回路3は、スイッチング回路1およびスイッチング回路2を制御するように構成されている。制御回路3は、例えば、プログラムが搭載されたマイクロコンピュータである。なお、制御回路3は、マイクロコンピュータに限らず、例えば、制御用ICであってもよい。
The
制御回路3は、第1制御信号によりスイッチング回路1を制御するように構成されている。言い換えれば、制御回路3は、4つの第1制御信号によって、4つのスイッチング素子Q1〜Q4を各別に制御するように構成されている。
The
4つの第1制御信号は、それぞれ対応する4つのスイッチング素子Q1〜Q4を制御する信号である。すなわち、制御回路3は、スイッチング回路1において4つのスイッチング素子Q1〜Q4を各別に制御するように構成されている。4つの第1制御信号の各々は、例えば、PWM信号である。
The four first control signals are signals for controlling the corresponding four switching elements Q1 to Q4. That is, the
また、制御回路3は、第2制御信号によりスイッチング回路2を制御するように構成されている。言い換えれば、制御回路3は、4つの第2制御信号によって、4つのスイッチング素子Q5〜Q8を各別に制御するように構成されている。
Further, the
4つの第2制御信号は、それぞれ対応する4つのスイッチング素子Q5〜Q8を制御する信号である。すなわち、制御回路3は、スイッチング回路2において4つのスイッチング素子Q5〜Q8を各別に制御するように構成されている。4つの第2制御信号の各々は、例えば、PWM信号である。
The four second control signals are signals for controlling the corresponding four switching elements Q5 to Q8. That is, the
DC−DCコンバータ10では、4つの第1制御信号それぞれの周波数と、4つの第2制御信号それぞれの周波数とが、同じ周波数である。また、DC−DCコンバータ10では、4つの第1制御信号それぞれのデューティ比と、4つの第2制御信号それぞれのデューティ比とが、同じデューティ比である。
In the DC-
また、制御回路3は、スイッチング回路1の動作とスイッチング回路2の動作とを同期させるように構成されている。言い換えれば、制御回路3は、4つのスイッチング素子Q1〜Q4それぞれのスイッチング動作と、4つのスイッチング素子Q5〜Q8それぞれのスイッチング動作とを同期させるように構成されている。例えば、制御回路3は、2つのスイッチング素子Q1,Q4と、2つのスイッチング素子Q5,Q8とを同時にオン状態にするように構成されている。
The
ところで、制御回路3は、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差Td(図2,3参照)を可変とするように、第1制御信号の位相と第2制御信号の位相とを調節するように構成されている。なお、図2および図3中の横軸は、時間軸を表している。
By the way, the
一例を挙げて説明すると、制御回路3は、図2に示すように、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換するとき、スイッチング素子Q5を制御する第2制御信号の位相を、スイッチング素子Q1を制御する第1制御信号の位相よりも遅らせる。また、制御回路3は、図2に示すように、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換するとき、スイッチング素子Q6を制御する第2制御信号の位相を、スイッチング素子Q2を制御する第1制御信号の位相よりも遅らせる。なお、図2中のQ1〜Q4は、スイッチング素子Q1〜Q4にそれぞれ入力される第1制御信号の波形を表している。図2中のQ5〜Q8は、スイッチング素子Q5〜Q8にそれぞれ入力される第2制御信号の波形を表している。
For example, as shown in FIG. 2, the
また、他の例を挙げて説明すると、制御回路3は、図3に示すように、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換するとき、スイッチング素子Q1を制御する第1制御信号の位相を、スイッチング素子Q5を制御する第2制御信号の位相よりも遅らせる。また、制御回路3は、図3に示すように、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換するとき、スイッチング素子Q2を制御する第1制御信号の位相を、スイッチング素子Q6を制御する第2制御信号の位相よりも遅らせる。なお、図3中のQ1〜Q4は、スイッチング素子Q1〜Q4にそれぞれ入力される第1制御信号の波形を表している。図3中のQ5〜Q8は、スイッチング素子Q5〜Q8にそれぞれ入力される第2制御信号の波形を表している。スイッチング素子Q4を制御する第1制御信号の位相と、スイッチング素子Q8を制御する第2制御信号の位相との関係は、スイッチング素子Q1を制御する第1制御信号の位相と、スイッチング素子Q5を制御する第2制御信号の位相との関係と同じである。また、スイッチング素子Q3を制御する第1制御信号の位相と、スイッチング素子Q7を制御する第2制御信号の位相との関係は、スイッチング素子Q2を制御する第1制御信号の位相と、スイッチング素子Q6を制御する第2制御信号の位相との関係と同じである。
In another example, as shown in FIG. 3, when the
以下では、DC−DCコンバータ10に関し、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換するときの動作について、図2に基づいて説明する。なお、蓄電池11は、予め充電されており、蓄電池11が第1直流電圧Vd1を出力する場合について説明する。図2中のVrは、直列回路4で発生する共振電圧の波形を表している。図2中のIrは、直列回路4に流れる共振電流の波形を表している。図2中のIQ1〜IQ8は、スイッチング素子Q1〜Q8に流れる電流の波形を表している。図2中のIa1は、スイッチング回路1から出力された電流の波形を表している。図2中のIa2は、スイッチング回路2に入力された電流の波形を表している。
Below, regarding the DC-
制御回路3は、2つのスイッチング素子Q1,Q4と、2つのスイッチング素子Q2,Q3とが交互にオン状態となるようにスイッチング回路1を制御する。これにより、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路1が、第1直流電圧Vd1を第1交流電圧Va1に変換するインバータ回路として動作する。
The
DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路1からの第1交流電圧Va1が直列回路4によって共振され、直列回路4により共振された電圧がトランスT1の第1巻線N11に印加される。これにより、DC−DCコンバータ10では、トランスT1の巻数比に応じてトランスT1の第2巻線N12に第1誘起電圧(第2交流電圧Va2)が発生し、第2交流電圧Va2をスイッチング回路2に入力することが可能となる。
In the DC-
制御回路3は、4つの第2制御信号それぞれの位相を、4つの第1制御信号それぞれの位相よりも遅らせる。また、制御回路3は、2つのスイッチング素子Q5,Q8と、2つのスイッチング素子Q6,Q7とが交互にオン状態となるようにスイッチング回路2を制御する。これにより、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路2に入力された第2交流電圧Va2を第2直流電圧Vd2に変換することが可能となる。
The
したがって、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路1により第1直流電圧Vd1を第1交流電圧Va1に変換した後、スイッチング回路2により第2交流電圧Va2を第2直流電圧Vd2に変換することが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換することが可能となり、第2直流電圧Vd2を、直流電圧源12である電解コンデンサに印加することが可能となる。要するに、DC−DCコンバータ10では、蓄電池11を放電することが可能となる。
Therefore, in the DC-
また、以下では、DC−DCコンバータ10に関し、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換するときの動作について、図3に基づいて説明する。なお、直流電圧源12である電解コンデンサに、電荷が予め蓄積されており、直流電圧源12が第2直流電圧Vd2を出力する場合について説明する。図3中のVrは、直列回路4で発生する共振電圧の波形を表している。図3中のIrは、直列回路4に流れる共振電流の波形を表している。図3中のIQ1〜IQ8は、スイッチング素子Q1〜Q8に流れる電流の波形を表している。図3中のIa1は、スイッチング回路1に入力された電流の波形を表している。図3中のIa2は、スイッチング回路2から出力された電流の波形を表している。
In the following, regarding the DC-
制御回路3は、2つのスイッチング素子Q5,Q8と、2つのスイッチング素子Q6,Q7とが交互にオン状態となるようにスイッチング回路2を制御する。これにより、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路2が、第2直流電圧Vd2を第2交流電圧Va2に変換するインバータ回路として動作する。よって、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路2により変換された第2交流電圧Va2をトランスT1の第2巻線N12に印加することが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ10では、トランスT1の第1巻線N11に第2誘起電圧が発生する。
The
DC−DCコンバータ10では、トランスT1の第1巻線N11で発生した第2誘起電圧が直列回路4によって共振され、直列回路4により共振された電圧(第1交流電圧Va1)をスイッチング回路1に入力することが可能となる。
In the DC-
制御回路3は、4つの第1制御信号それぞれの位相を、4つの第2制御信号それぞれの位相よりも遅らせる。また、制御回路3は、2つのスイッチング素子Q1,Q4と、2つのスイッチング素子Q2,Q3とが交互にオン状態となるようにスイッチング回路1を制御する。これにより、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路1に入力された第1交流電圧Vaを第1直流電圧Vd1に変換することが可能となる。
The
したがって、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路2により第2直流電圧Vd2を第2交流電圧Va2に変換した後、スイッチング回路1により第1交流電圧Va1を第1直流電圧Vd1に変換することが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ10では、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換することが可能となり、第1直流電圧Vd1を、蓄電池11に印加することが可能となる。要するに、DC−DCコンバータ10では、蓄電池11を充電することが可能となる。
Therefore, in the DC-
以上のとおり、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換するとき、制御回路3が、第2制御信号の位相を第1制御信号の位相よりも遅らせる。これにより、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路1から出力された電流Ia1を、スイッチング回路2に入力された電流Ia2よりも大きくすることが可能となる。よって、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換することが可能となる。
As described above, in the DC-
また、DC−DCコンバータ10では、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換するとき、制御回路3が、第1制御信号の位相を第2制御信号の位相よりも遅らせる。これにより、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路2から出力された電流Ia2を、スイッチング回路1に入力された電流Ia1よりも大きくすることが可能となる。よって、DC−DCコンバータ10では、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換することが可能となる。
In the DC-
よって、DC−DCコンバータ10では、従来例1のDC−DCコンバータにおける昇圧回路もしくは従来例2のDC−DCコンバータにおけるチョッパ回路を用いることなく、簡単な構成で双方向に電圧変換を行うことが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ10では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を向上させることが可能となる。また、DC−DCコンバータ10では、従来例2のDC−DCコンバータにおけるチョッパ回路が不要となるので、従来例2のDC−DCコンバータに比べて、双方向の電圧変換において変換効率を向上させることが可能となる。すなわち、DC−DCコンバータ10では、双方向に電圧変換を行うことが可能で、かつ、双方向の電圧変換において変換効率を向上させることが可能となる。
Therefore, the DC-
また、DC−DCコンバータ10では、制御回路3が、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差を可変とするように、第1制御信号の位相と第2制御信号の位相とを調節するように構成されている。これにより、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2との大小関係を適宜変更することが可能となる。よって、DC−DCコンバータ10では、トランスT1の巻数比と、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とを双方向に電圧変換を行う電圧変換比との大小関係に関わらず、双方向に電圧変換を行うことが可能となる。
Further, in the DC-
ただし、DC−DCコンバータ10では、上記電圧変換比によって、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換するときの変換効率と、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換するときの変換効率との差が生じる可能性がある。なお、以下では、説明の便宜上、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換するときの変換効率を「第1変換効率」と称し、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換するときの変換効率を「第2変換効率」と称する。
However, in the DC-
本願発明者は、DC−DCコンバータ10において、トランスT1の巻数比と上記電圧変換比とを同じ比率にすれば、第1変換効率と第2変換効率との差を抑制することが可能になるという知見を得た。しかしながら、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1の電圧値と第2直流電圧Vd2の電圧値とが一定の範囲内でそれぞれ変動するため、トランスT1の巻数比と上記電圧変換比とを同じ比率にすることが難しい。
The inventor of the present application can suppress the difference between the first conversion efficiency and the second conversion efficiency if the turn ratio of the transformer T1 and the voltage conversion ratio are the same in the DC-
そこで、トランスT1の巻数比は、第1直流電圧Vd1の最大値を第2直流電圧Vd2の最小値で除算した値よりも小さく、かつ、第1直流電圧Vd1の最小値を第2直流電圧Vd2の最大値で除算した値よりも大きいことが好ましい。トランスT1の巻数比は、第1巻線N11の巻線数を第2巻線N12の巻線数で除算した値で表される。これにより、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1の電圧値と第2直流電圧Vd2の電圧値とが一定の範囲内でそれぞれ変動する場合であっても、第1変換効率と第2変換効率との差を抑制することが可能となる。
Therefore, the turns ratio of the transformer T1 is smaller than a value obtained by dividing the maximum value of the first DC voltage Vd1 by the minimum value of the second DC voltage Vd2, and the minimum value of the first DC voltage Vd1 is set to the second DC voltage Vd2. It is preferably larger than the value divided by the maximum value of. The turns ratio of the transformer T1 is represented by a value obtained by dividing the number of turns of the first winding N11 by the number of turns of the second winding N12. As a result, in the DC-
また、トランスT1の巻数比は、直流電圧源12の端子間電圧を、蓄電池11における充電時の端子間電圧と蓄電池11における放電時の端子間電圧との平均値で除算した値を基準値とする所定範囲内の値であってもよい。これにより、DC−DCコンバータ10では、トランスT1の巻数比によっても、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とを双方向に電圧変換を行うことが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ10では、第1変換効率と、第2変換効率との差を抑制することが可能となる。
Further, the turn ratio of the transformer T1 is obtained by dividing the voltage between the terminals of the DC voltage source 12 by the average value of the voltage between the terminals of the storage battery 11 during charging and the voltage between the terminals of the storage battery 11 during discharging. It may be a value within a predetermined range. As a result, the DC-
第1制御信号および第2制御信号それぞれの周波数は、直列回路4の共振周波数以上であることが好ましい。例えば、第1制御信号および第2制御信号それぞれの周波数は、第1制御信号および第2制御信号それぞれの周波数をf、直列回路4の共振周波数をfrとするとき、f≧frを満たす。 The frequencies of the first control signal and the second control signal are preferably equal to or higher than the resonance frequency of the series circuit 4. For example, the frequency of each of the first control signal and the second control signal satisfies f ≧ fr when the frequency of each of the first control signal and the second control signal is f and the resonance frequency of the series circuit 4 is fr.
これにより、DC−DCコンバータ10では、4つのスイッチング素子Q1〜Q4および4つのスイッチング素子Q5〜Q8の各々が、ハードスイッチング動作するのを抑制することが可能となる。よって、DC−DCコンバータ10では、スイッチング損失を抑制することが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ10では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を、より向上させることが可能となる。
Thereby, in DC-
制御回路3は、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差Tdが増加するとき、第1制御信号および第2制御信号それぞれの周波数を増加させることが好ましい。DC−DCコンバータ10では、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差Tdが増加すると、直列回路4に印加される電圧の絶対値が増加する。その結果、DC−DCコンバータ10では、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差Tdがゼロの場合に比べて、インダクタL1とコンデンサC1との間におけるエネルギー移動が加速され、直列回路4の共振周波数が見かけ上、上昇する。
The
そこで、DC−DCコンバータ10では、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差Tdが増加するときに、第1制御信号および第2制御信号それぞれの周波数を増加させる。これにより、DC−DCコンバータ10では、4つのスイッチング素子Q1〜Q4および4つのスイッチング素子Q5〜Q8の各々が、ハードスイッチング動作するのを抑制することが可能となる。よって、DC−DCコンバータ10では、スイッチング損失を抑制することが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ10では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を、より向上させることが可能となる。
Therefore, in the DC-
DC−DCコンバータ10は、図1に示すように、直列回路4に流れる共振電流Irの位相を検出する検出回路5を、更に備えている。
As shown in FIG. 1, the DC-
検出回路5は、第1検出部6と、第2検出部7とを備えている。
The detection circuit 5 includes a
制御回路3は、直列回路4に流れる共振電流Irの位相に応じて、一対の接続端1c,1d間の電圧もしくは一対の接続端2a,2b間の電圧の位相と共振電流Irの位相との位相差が小さくなるように、スイッチング回路1およびスイッチング回路2のスイッチング周波数を制御する。直列回路4に流れる共振電流Irの位相は、第1検出部6もしくは第2検出部7によって検出される。
The
具体的に説明すると、制御回路3は、共振電流Irの位相が一対の接続端1c,1d間の電圧もしくは一対の接続端2a,2b間の電圧の位相に対して進相であるとき、スイッチング回路1およびスイッチング回路2のスイッチング周波数を増加させる。一方、制御回路3は、共振電流Irの位相が一対の接続端1c,1d間の電圧もしくは一対の接続端2a,2b間の電圧の位相に対して遅相であるとき、スイッチング回路1およびスイッチング回路2のスイッチング周波数を減少させる。スイッチング回路1およびスイッチング回路2のスイッチング周波数は、同じ周波数である。
More specifically, the
これにより、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路1もしくはスイッチング回路2のスイッチング損失を最小化することが可能となる。よって、DC−DCコンバータ10では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を、より向上させることが可能となる。
Thereby, in the DC-
共振電流Irとの位相差の対象となる一対の接続端間の電圧の位相は、電力を供給する側として作用するスイッチング回路における一対の接続端間の電圧の位相であることが望ましい。例えば、上記対象となる一対の接続端間の電圧の位相は、スイッチング回路1からスイッチング回路2へ電力変換が行われるとき、一対の接続端1c,1d間の電圧の位相であることが望ましい。また、上記対象となる一対の接続端間の電圧の位相は、スイッチング回路2からスイッチング回路1へ電力変換が行われるとき、一対の接続端2a,2b間の電圧の位相であることが望ましい。スイッチング周波数は、例えば、スイッチング回路1における4つのスイッチング素子Q1〜Q4をスイッチング動作させるための周波数を意味する。
The phase of the voltage between the pair of connection ends that is the target of the phase difference from the resonance current Ir is preferably the phase of the voltage between the pair of connection ends in the switching circuit that functions as a power supply side. For example, it is desirable that the phase of the voltage between the pair of connection ends to be the target is the phase of the voltage between the pair of connection ends 1c and 1d when power conversion is performed from the switching
検出回路5は、第1検出部6と第2検出部7との両方を備えているが、第1検出部6と第2検出部7とのいずれか一方だけを備えていてもよい。また、DC−DCコンバータ10は、検出回路5を備えているが、検出回路5を備えていなくてもよい。
The detection circuit 5 includes both the
検出回路5は、スイッチング回路1に流れる検出電流(以下、「第1検出電流」)とスイッチング回路2に流れる検出電流(以下、「第2検出電流」)とを検出するように構成されていることが好ましい。具体的に説明すると、第1検出部6は、スイッチング回路1に流れる第1検出電流を検出するように構成されていることが好ましい。第2検出部7は、スイッチング回路2に流れる第2検出電流を検出するように構成されていることが好ましい。
The detection circuit 5 is configured to detect a detection current flowing through the switching circuit 1 (hereinafter referred to as “first detection current”) and a detection current flowing through the switching circuit 2 (hereinafter referred to as “second detection current”). It is preferable. Specifically, the
制御回路3は、検出回路5により検出された第1検出電流もしくは第2検出電流と、操作部により予め設定された設定電流との差が小さくなるように、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差Tdを制御するように構成されていることが好ましい。
The
具体的に説明すると、制御回路3は、検出回路5により検出された第1検出電流もしくは第2検出電流の絶対値が設定電流の絶対値よりも大きいとき、位相差Tdの絶対値を減少させる。一方、制御回路3は、検出回路5により検出された第1検出電流もしくは第2検出電流の絶対値が設定電流の絶対値よりも小さいとき、位相差Tdの絶対値を増加させる。これにより、DC−DCコンバータ10では、スイッチング回路1もしくはスイッチング回路2の設定電流に応じた最小損失動作点を選択することが可能となる。よって、DC−DCコンバータ10では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を、より一層向上させることが可能となる。
More specifically, the
この場合、設定電流は、制御回路3である上記マイクロコンピュータの記憶部3aに記憶されている。制御回路3は、記憶部3aに記憶された設定電流と、検出回路5により検出された第1検出電流もしくは第2検出電流との比較演算を行い、この演算結果に基づいて第1制御信号および第2制御信号を生成するように構成されている。
In this case, the set current is stored in the storage unit 3 a of the microcomputer that is the
ところで、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1の電圧値と第2直流電圧Vd2の電圧値とが許容範囲外まで変動する場合がある。許容範囲は、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とについて変動することが許容されている範囲である。つまり、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2との電圧比がトランスT1の巻数比と乖離する場合があり、動作が不安定になる可能性がある。
Incidentally, in the DC-
DC−DCコンバータ10では、検出回路5が、第1直流電圧Vd1および第2直流電圧Vd2を検出するように構成されていることが好ましい。検出回路5は、第3検出部8と、第4検出部9とを備えている。第3検出部8は、第1直流電圧Vd1を検出するように構成されている。第4検出部9は、第2直流電圧Vd2を検出するように構成されている。第3検出部8および第4検出部9は、制御回路3と電気的に接続されている。
In the DC-
制御回路3は、検出回路5により検出された第1直流電圧Vd1および第2直流電圧Vd2に基づいて、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2との電圧比を算出するように構成されていることが好ましい。
The
制御回路3は、図4に示すように、上述した制御(通常の制御)とは異なる、特定の制御を行う特定動作モードとして、第1動作モードと、第2動作モードとを有している。なお、通常の制御とは、制御回路3が、第1制御信号と第2制御信号との一方の位相を、第1制御信号と第2制御信号との他方の位相よりも遅らせるように、第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御することを意味する(図4中のA1領域)。以下では、説明の便宜上、通常の制御を行う動作モードを、「通常の動作モード」と称する。
As shown in FIG. 4, the
第1動作モードでは、制御回路3が、後述の規定状態となるように、第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御する。規定状態とは、第1制御信号と第2制御信号との一方の位相を、第1制御信号と第2制御信号との他方の位相よりも遅らせ、かつ、上記他方がオン状態のときに上記一方がオフ状態である(図5および図6参照)。なお、図5は、DC−DCコンバータ10に関し、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換するときのタイミングチャートを表している。また、図6は、DC−DCコンバータ10に関し、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換するときのタイミングチャートを表している。図5および図6中の横軸は、時間軸を表している。
In the first operation mode, the
図5に基づいて説明すると、第1動作モードでは、制御回路3が、第2制御信号の位相を第1制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、第1制御信号がオン状態のときに第2制御信号がオフ状態となるように、スイッチング回路1およびスイッチング回路2を制御する。
Referring to FIG. 5, in the first operation mode, the
第2動作モードでは、制御回路3が、上記一方の位相を上記他方の位相よりも遅らせ、かつ、上記他方のデューティ比が上記一方のデューティ比よりも小さくなるように、第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御する(図7および図8参照)。なお、図7は、DC−DCコンバータ10に関し、第1直流電圧Vd1を第2直流電圧Vd2に変換するときのタイミングチャートを表している。また、図8は、DC−DCコンバータ10に関し、第2直流電圧Vd2を第1直流電圧Vd1に変換するときのタイミングチャートを表している。図7および図8中の横軸は、時間軸を表している。
In the second operation mode, the
図7に基づいて説明すると、第2動作モードでは、制御回路3が、第2制御信号の位相を第1制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、第1制御信号のデューティ比が第2制御信号のデューティ比よりも小さくなるように、スイッチング回路1およびスイッチング回路2を制御する。第1制御信号のデューティ比は、50%よりも小さい。
Referring to FIG. 7, in the second operation mode, the
ここで、第2制御信号の位相を第1制御信号の位相よりも遅らせる場合、第1制御信号のデューティ比は、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差Tdに比例することが好ましい。以下、具体的に説明する。制御回路3は、動作モードを、例えば、第2動作モード(図4中のA5領域)から第1動作モード(図4中のA3領域)へ変更するとき、第1制御信号のデューティ比を位相差Tdに比例させ、かつ、第2制御信号のデューティ比を数%(0%〜5%の範囲内)とする。また、制御回路3は、動作モードを、例えば、第2動作モード(図4中のA5領域)から通常の動作モード(図4中のA1領域の右側領域)へ変更するとき、第1制御信号のデューティ比を位相差Tdに比例させ、かつ、第2制御信号のデューティ比を50%とする。また、第1制御信号の位相を第2制御信号の位相よりも遅らせる場合、第2制御信号のデューティ比は、位相差Tdに比例することが好ましい。以下、具体的に説明する。制御回路3は、動作モードを、例えば、第2動作モード(図4中のA4領域)から第1動作モード(図4中のA2領域)へ変更するとき、第2制御信号のデューティ比を位相差Tdに比例させ、かつ、第1制御信号のデューティ比を数%(0%〜5%の範囲内)とする。また、制御回路3は、動作モードを、例えば、第2動作モード(図4中のA4領域)から通常の動作モード(図4中のA1領域の左側領域)へ変更するとき、第2制御信号のデューティ比を位相差Tdに比例させ、かつ、第1制御信号のデューティ比を50%とする。
Here, when the phase of the second control signal is delayed from the phase of the first control signal, the duty ratio of the first control signal is proportional to the phase difference Td between the first control signal and the second control signal. Is preferred. This will be specifically described below. For example, when the operation mode is changed from the second operation mode (A5 region in FIG. 4) to the first operation mode (A3 region in FIG. 4), the
これにより、制御回路3は、第2動作モードから第1動作モードに切り替わるときに、第1制御信号および第2制御信号の波形を一致させることが可能になる。また、制御回路3は、第2動作モードから通常の動作モードに切り替わるときに、第1制御信号および第2制御信号の波形を一致させることが可能になる。その結果、DC−DCコンバータ10では、制御回路3による動作モードの切替時に、出力波形が急変するのを回避することが可能となり、DC−DCコンバータ10の動作を安定させることが可能になる。
Thus, the
制御回路3の記憶部3aには、第1設定電圧比Ra1(図4参照)と、第2設定電圧比Ra2(図4参照)とが、記憶されている。第1設定電圧比Ra1および第2設定電圧比Ra2の各々は、上記電圧比と比較するための電圧比である。第2設定電圧比Ra2は、第1設定電圧比Ra1よりも大きい。
The storage unit 3a of the
制御回路3は、後述の第1条件のとき、第1動作モードにより第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御する。第1条件は、上記電圧比が第1設定電圧比Ra1よりも小さく、かつ、第2直流電圧Vd2から第1直流電圧Vd1に変換するとき(充電時)である(図4中のA2領域)。
The
また、制御回路3は、後述の第2条件のとき、第1動作モードにより第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御する。第2条件は、上記電圧比が第2設定電圧比Ra2よりも大きく、かつ、第1直流電圧Vd1から第2直流電圧Vd2に変換するとき(放電時)である(図4中のA3領域)。
Further, the
制御回路3は、後述の第3条件のとき、第2動作モードにより第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御する。第3条件は、上記電圧比が第1設定電圧比Ra1よりも小さく、かつ、第1直流電圧Vd1から第2直流電圧Vd2に変換するとき(放電時)で、かつ、上述の設定電流の絶対値が所定値以下のときである(図4中のA4領域)。
The
また、制御回路3は、後述の第4条件のとき、第2動作モードにより第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御する。第4条件は、上記電圧比が第2設定電圧比Ra2よりも大きく、かつ、第2直流電圧Vd2から第1直流電圧Vd1に変換するとき(充電時)で、かつ、設定電流の絶対値が上記所定値以下のときである(図4中のA5領域)。
Further, the
よって、DC−DCコンバータ10では、制御回路3が、通常の動作モードに限らず、第1動作モードと第2動作モードとの一方の特定動作モードにより第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御するように構成されている。これにより、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1の電圧値と第2直流電圧Vd2の電圧値とが許容範囲外まで変動する場合であっても、動作を安定させることが可能になる。
Therefore, in the DC-
なお、制御回路3は、第2動作モードにより第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御するときに、設定電流の絶対値が所定値以下のときを条件としているが、この条件に限らない。
In addition, when the
制御回路3は、第2動作モードにより第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御するときに、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2との一方および設定電流の積で得られる電力の絶対値が上記所定値以下のときを条件としてもよい。また、制御回路3は、第2動作モードにより第1スイッチング回路1および第2スイッチング回路2を制御するときに、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差Tdの絶対値が上記所定値以下のときを条件としてもよい。
When the
また、制御回路3は、動作モードとして、第1動作モードと第2動作モードとの両方を有しているが、これに限らず、第1動作モードと第2動作モードとの一方を有していてもよい。
Further, the
DC−DCコンバータ10は、一対の接続端1a,1b間に蓄電池11が電気的に接続され、一対の接続端2c,2d間に直流電圧源12が電気的に接続されているが、これに限らない。DC−DCコンバータ10は、一対の接続端1a,1b間に直流電圧源12が電気的に接続され、一対の接続端2c,2d間に蓄電池11が電気的に接続されていてもよい。
In the DC-
以上述べた実施形態から明らかなように、本発明に係る第1の態様のDC−DCコンバータ(10)は、第1直流電圧(Vd1)と第2直流電圧(Vd2)とを双方向に電圧変換を行うDC−DCコンバータである。DC−DCコンバータ(10)は、第1スイッチング素子(Q1)を具備する第1スイッチング回路(1)と、インダクタ(L1)と、コンデンサ(C1)と、トランス(T1)とを備えている。また、DC−DCコンバータ(10)は、第2スイッチング素子(Q5)を具備する第2スイッチング回路(2)と、第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)を制御する制御回路(3)とを備えている。第1スイッチング回路(1)は、第1直流電圧(Vd1)と第1交流電圧(Va1)とを双方向に電圧変換を行うように構成されている。第2スイッチング回路(2)は、第2交流電圧(Va2)と第2直流電圧(Vd2)とを双方向に電圧変換を行うように構成されている。トランス(T1)は、第1巻線(N11)と第2巻線(N12)とを備えている。第1巻線(N11)と第2巻線(N12)とは、磁気的に結合されている。第1スイッチング回路(1)における第1交流電圧(Va1)側の一対の接続端(1c,1d)間には、第1巻線(N11)が電気的に接続されている。第2スイッチング回路(2)における第2交流電圧(Va2)側の一対の接続端(2a,2b)間には、第2巻線(N12)が電気的に接続されている。インダクタ(L1)とコンデンサ(C1)との直列回路は、第1スイッチング回路(1)における一対の接続端(1c,1d)間において、第1巻線(N11)と電気的に直列接続されている。 As is clear from the above-described embodiment, the DC-DC converter (10) according to the first aspect of the present invention is configured to convert the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2) bidirectionally. It is a DC-DC converter that performs conversion. The DC-DC converter (10) includes a first switching circuit (1) including a first switching element (Q1), an inductor (L1), a capacitor (C1), and a transformer (T1). The DC-DC converter (10) includes a second switching circuit (2) including a second switching element (Q5), and a control circuit that controls the first switching circuit (1) and the second switching circuit (2). (3). The first switching circuit (1) is configured to perform bidirectional voltage conversion between the first DC voltage (Vd1) and the first AC voltage (Va1). The second switching circuit (2) is configured to bi-directionally convert the second AC voltage (Va2) and the second DC voltage (Vd2). The transformer (T1) includes a first winding (N11) and a second winding (N12). The first winding (N11) and the second winding (N12) are magnetically coupled. The first winding (N11) is electrically connected between the pair of connection ends (1c, 1d) on the first AC voltage (Va1) side in the first switching circuit (1). The second winding (N12) is electrically connected between the pair of connection ends (2a, 2b) on the second AC voltage (Va2) side in the second switching circuit (2). The series circuit of the inductor (L1) and the capacitor (C1) is electrically connected in series with the first winding (N11) between the pair of connection ends (1c, 1d) in the first switching circuit (1). Yes.
第1の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、従来例1のDC−DCコンバータにおける昇圧回路もしくは従来例2のDC−DCコンバータにおけるチョッパ回路を用いることなく、簡単な構成で双方向に電圧変換を行うことが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ(10)では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を向上させることも可能となる。また、DC−DCコンバータ(10)では、従来例2のDC−DCコンバータにおけるチョッパ回路が不要となるので、従来例2のDC−DCコンバータに比べて、双方向の電圧変換において変換効率を向上させることが可能となる。すなわち、DC−DCコンバータ(10)では、双方向に電圧変換を行うことが可能で、かつ、双方向の電圧変換において変換効率を向上させることが可能となる。 According to the first aspect, in the DC-DC converter (10), both of the configurations are simple without using the step-up circuit in the DC-DC converter of Conventional Example 1 or the chopper circuit of the DC-DC converter of Conventional Example 2. It is possible to perform voltage conversion in the direction. As a result, in the DC-DC converter (10), the conversion efficiency can be improved as compared with the DC-DC converter of Conventional Example 1 and the DC-DC converter of Conventional Example 2. Further, in the DC-DC converter (10), since the chopper circuit in the DC-DC converter of the conventional example 2 is not required, the conversion efficiency is improved in bidirectional voltage conversion compared to the DC-DC converter of the conventional example 2. It becomes possible to make it. That is, in the DC-DC converter (10), voltage conversion can be performed in both directions, and conversion efficiency can be improved in bidirectional voltage conversion.
本発明に係る第2の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第1の態様において、第1巻線(N11)の巻線数を第2巻線(N12)の巻線数で除算した値で表されるトランス(T1)の巻数比は、第1直流電圧(Vd1)の最大値を第2直流電圧(Vd2)の最小値で除算した値よりも小さく、かつ、第1直流電圧(Vd1)の最小値を第2直流電圧(Vd2)の最大値で除算した値よりも大きいことが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the number of windings of the first winding (N11) is divided by the number of windings of the second winding (N12). The turn ratio of the transformer (T1) represented by the value is smaller than a value obtained by dividing the maximum value of the first DC voltage (Vd1) by the minimum value of the second DC voltage (Vd2), and the first DC voltage ( The minimum value of Vd1) is preferably larger than the value obtained by dividing the minimum value of the second DC voltage (Vd2).
第2の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、第1直流電圧(Vd1)の電圧値と第2直流電圧(Vd2)の電圧値とが一定の範囲内でそれぞれ変動する場合であっても、第1変換効率と、第2変換効率との差を抑制することが可能となる。 According to the second aspect, in the DC-DC converter (10), the voltage value of the first DC voltage (Vd1) and the voltage value of the second DC voltage (Vd2) vary within a certain range. Even if it exists, it becomes possible to suppress the difference between the first conversion efficiency and the second conversion efficiency.
本発明に係る第3の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第1の態様において、第1直流電圧(Vd1)と第2直流電圧(Vd2)との一方は、蓄電池(11)の端子間電圧であることが好ましい。第1直流電圧(Vd1)と第2直流電圧(Vd2)との他方は、直流電圧源(12)の端子間電圧であることが好ましい。トランス(T1)の巻数比は、直流電圧源(12)の端子間電圧を、蓄電池(11)における充電時の端子間電圧と蓄電池(11)における放電時の端子間電圧との平均値で除算した値を基準値とする所定範囲内の値であることが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the third aspect of the present invention, in the first aspect, one of the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2) is a terminal of the storage battery (11). An inter-voltage is preferable. The other of the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2) is preferably an inter-terminal voltage of the DC voltage source (12). The turn ratio of the transformer (T1) is obtained by dividing the inter-terminal voltage of the DC voltage source (12) by the average value of the inter-terminal voltage during charging in the storage battery (11) and the inter-terminal voltage during discharging in the storage battery (11). It is preferable that the value is within a predetermined range with the obtained value as a reference value.
第3の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、第1変換効率と、第2変換効率との差を抑制することが可能となる。 According to the third aspect, in the DC-DC converter (10), the difference between the first conversion efficiency and the second conversion efficiency can be suppressed.
本発明に係る第4の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第1の態様ないし第3の態様のいずれか1つの態様において、制御回路(3)は、第1スイッチング素子(Q1)を制御する第1制御信号により第1スイッチング回路(1)を制御するように構成されていることが好ましい。また、制御回路(3)は、第2スイッチング素子(Q5)を制御する第2制御信号により第2スイッチング回路2を制御するように構成されていることが好ましい。第1制御信号および第2制御信号の各々は、PWM信号であることが好ましい。第1制御信号と第2制御信号とは、同じ周波数、かつ、同じデューティ比であることが好ましい。制御回路(3)は、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差(Td)を可変とするように、第1制御信号の位相と第2制御信号の位相とを調節するように構成されていることが好ましい。
In the DC-DC converter (10) according to the fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the control circuit (3) includes the first switching element (Q1). It is preferable that the first switching circuit (1) is controlled by a first control signal to be controlled. Moreover, it is preferable that the control circuit (3) is configured to control the
第4の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、第1直流電圧(Vd1)と第2直流電圧(Vd2)とを双方向に電圧変換を行うことが可能となる。また、DC−DCコンバータ(10)では、従来例1のDC−DCコンバータにおける昇圧回路もしくは従来例2のDC−DCコンバータにおけるチョッパ回路を用いることなく、簡単な構成で双方向に電圧変換を行うことが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ(10)では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を向上させることが可能となる。また、DC−DCコンバータ(10)では、従来例2のDC−DCコンバータにおけるチョッパ回路が不要となるので、従来例2のDC−DCコンバータに比べて、双方向の電圧変換において変換効率を向上させることが可能となる。すなわち、DC−DCコンバータ(10)では、双方向に電圧変換を行うことが可能で、かつ、双方向の電圧変換において変換効率を向上させることが可能となる。 According to the fourth aspect, the DC-DC converter (10) can bidirectionally convert the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2). The DC-DC converter (10) performs bidirectional voltage conversion with a simple configuration without using the booster circuit in the DC-DC converter of Conventional Example 1 or the chopper circuit in the DC-DC converter of Conventional Example 2. It becomes possible. As a result, in the DC-DC converter (10), the conversion efficiency can be improved as compared with the DC-DC converter of Conventional Example 1 and the DC-DC converter of Conventional Example 2. Further, in the DC-DC converter (10), since the chopper circuit in the DC-DC converter of the conventional example 2 is not required, the conversion efficiency is improved in bidirectional voltage conversion compared to the DC-DC converter of the conventional example 2. It becomes possible to make it. That is, in the DC-DC converter (10), voltage conversion can be performed in both directions, and conversion efficiency can be improved in bidirectional voltage conversion.
本発明に係る第5の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第4の態様において、制御回路(3)は、第1制御信号と第2制御信号との一方の位相を、第1制御信号と第2制御信号との他方の位相よりも遅らせるように構成されていることが好ましい。 In the DC-DC converter (10) of the fifth aspect according to the present invention, in the fourth aspect, the control circuit (3) controls one phase of the first control signal and the second control signal as the first control. It is preferable to be configured to delay the other phase of the signal and the second control signal.
第5の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、第1直流電圧(Vd1)と第2直流電圧(Vd2)とを双方向に電圧変換を行うことが可能となる。 According to the fifth aspect, the DC-DC converter (10) can bidirectionally convert the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2).
本発明に係る第6の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第5の態様において、第1制御信号および第2制御信号それぞれの周波数は、直列回路(4)の共振周波数以上であることが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the frequencies of the first control signal and the second control signal are equal to or higher than the resonance frequency of the series circuit (4). Is preferred.
第6の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、第1スイッチング素子(Q1)および第2スイッチング素子(Q5)の各々が、ハードスイッチング動作するのを抑制することが可能となる。よって、DC−DCコンバータ(10)では、スイッチング損失を抑制することが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ(10)では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を、より向上させることが可能となる。 According to the sixth aspect, in the DC-DC converter (10), it is possible to suppress the hard switching operation of each of the first switching element (Q1) and the second switching element (Q5). Therefore, in the DC-DC converter (10), switching loss can be suppressed. As a result, in the DC-DC converter (10), the conversion efficiency can be further improved as compared with the DC-DC converter of Conventional Example 1 and the DC-DC converter of Conventional Example 2.
本発明に係る第7の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第5の態様または第6の態様において、制御回路(3)は、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差(Td)が増加するとき、第1制御信号および第2制御信号それぞれの周波数を増加させることが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the seventh aspect of the present invention, in the fifth aspect or the sixth aspect, the control circuit (3) is arranged between the first control signal and the second control signal. When the phase difference (Td) increases, it is preferable to increase the frequency of each of the first control signal and the second control signal.
第7の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、スイッチング損失を抑制することが可能となる。その結果、DC−DCコンバータ(10)では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を、より向上させることが可能となる。 According to the seventh aspect, the DC-DC converter (10) can suppress the switching loss. As a result, in the DC-DC converter (10), the conversion efficiency can be further improved as compared with the DC-DC converter of Conventional Example 1 and the DC-DC converter of Conventional Example 2.
本発明に係る第8の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第5の態様ないし第7の態様のいずれか1つの態様において、DC−DCコンバータ(10)は、直列回路(4)に流れる共振電流(Ir)の位相を検出する検出回路(5)を、更に備えていることが好ましい。制御回路(3)は、検出回路(5)により検出された共振電流(Ir)の位相に応じて、第1スイッチング回路(1)における一対の接続端(1c,1d)間もしくは第2スイッチング回路(2)における一対の接続端(2a,2b)間の電圧の位相と、共振電流(Ir)の位相との位相差が小さくなるように、第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)のスイッチング周波数を制御するように構成されていることが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the eighth aspect of the present invention, in any one of the fifth to seventh aspects, the DC-DC converter (10) is connected to the series circuit (4). It is preferable to further include a detection circuit (5) for detecting the phase of the flowing resonance current (Ir). The control circuit (3) is connected between the pair of connection ends (1c, 1d) in the first switching circuit (1) or the second switching circuit according to the phase of the resonance current (Ir) detected by the detection circuit (5). The first switching circuit (1) and the second switching circuit (2) so that the phase difference between the phase of the voltage between the pair of connection ends (2a, 2b) in (2) and the phase of the resonance current (Ir) is small. It is preferable that the switching frequency of 2) is controlled.
第8の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を、より向上させることが可能となる。 According to the eighth aspect, in the DC-DC converter (10), the conversion efficiency can be further improved as compared with the DC-DC converter of Conventional Example 1 and the DC-DC converter of Conventional Example 2. .
本発明に係る第9の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第8の態様において、検出回路(5)は、第1スイッチング回路(1)もしくは第2スイッチング回路(2)に流れる検出電流を検出するように構成されていることが好ましい。制御回路(3)は、検出回路(5)により検出された検出電流と、予め設定された設定電流との差が小さくなるように、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差を制御するように構成されていることが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect, the detection circuit (5) detects the detection current flowing through the first switching circuit (1) or the second switching circuit (2). It is preferable that it is comprised so that it may detect. The control circuit (3) has a phase difference between the first control signal and the second control signal so that a difference between the detection current detected by the detection circuit (5) and a preset set current is small. It is preferable that it is comprised so that it may control.
第9の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、従来例1のDC−DCコンバータおよび従来例2のDC−DCコンバータに比べて、変換効率を、より一層向上させることが可能となる。 According to the ninth aspect, in the DC-DC converter (10), the conversion efficiency can be further improved as compared with the DC-DC converter of Conventional Example 1 and the DC-DC converter of Conventional Example 2. Become.
本発明に係る第10の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第9の態様において、検出回路(5)は、第1直流電圧(Vd1)および第2直流電圧(Vd2)を検出するように構成されていることが好ましい。制御回路(3)は、検出回路(5)により検出された第1直流電圧(Vd1)および第2直流電圧(Vd2)に基づいて、第1直流電圧(Vd1)と第2直流電圧(Vd2)との電圧比を算出するように構成されていることが好ましい。制御回路(3)は、特定の制御を行う特定動作モードを有していることが好ましい。特定動作モードでは、制御回路(3)が、第2制御信号の位相を第1制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、第1制御信号がオン状態のときに第2制御信号がオフ状態となるように、第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)を制御する。制御回路(3)に設けられた記憶部には、第1設定電圧比と、第1設定電圧比よりも大きい第2設定電圧比とが、記憶されていることが好ましい。制御回路(3)は、上記電圧比が第1設定電圧比よりも小さくかつ第2直流電圧(Vd2)から第1直流電圧(Vd1)に変換するときと、上記電圧比が第2設定電圧比よりも大きくかつ第1直流電圧(Vd1)から第2直流電圧(Vd2)に変換するときとのそれぞれにおいて、特定動作モードにより第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)を制御することが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the detection circuit (5) detects the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2). It is preferable that it is comprised. The control circuit (3) has a first DC voltage (Vd1) and a second DC voltage (Vd2) based on the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2) detected by the detection circuit (5). It is preferable that the voltage ratio is calculated. The control circuit (3) preferably has a specific operation mode for performing specific control. In the specific operation mode, the control circuit (3) delays the phase of the second control signal from the phase of the first control signal, and the second control signal is turned off when the first control signal is on. Thus, the first switching circuit (1) and the second switching circuit (2) are controlled. The storage unit provided in the control circuit (3) preferably stores a first set voltage ratio and a second set voltage ratio that is larger than the first set voltage ratio. When the voltage ratio is smaller than the first set voltage ratio and converted from the second DC voltage (Vd2) to the first DC voltage (Vd1), the control circuit (3) And switching the first DC voltage (Vd1) to the second DC voltage (Vd2) to control the first switching circuit (1) and the second switching circuit (2) according to the specific operation mode. It is preferable.
第10の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、第1直流電圧Vd1の電圧値と第2直流電圧Vd2の電圧値とが一定の範囲内で変動しない場合であっても、動作を安定させることが可能になる。すなわち、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とが変動する許容範囲に制約がなくなり、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とが変動する許容範囲を拡張することが可能になる。
According to the tenth aspect, the DC-DC converter (10) operates even when the voltage value of the first DC voltage Vd1 and the voltage value of the second DC voltage Vd2 do not vary within a certain range. Can be stabilized. That is, in the DC-
本発明に係る第11の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第10の態様において、制御回路(3)は、特定動作モードである第1動作モードとは異なる、第2動作モードを有していることが好ましい。第2動作モードでは、制御回路(3)が、第2制御信号の位相を第1制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、第1制御信号のデューティ比が第2制御信号のデューティ比よりも小さくなるように、第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)を制御する。制御回路(3)は、上記電圧比が第1設定電圧比よりも小さくかつ第1直流電圧(Vd1)から第2直流電圧(Vd2)に変換する場合と、上記電圧比が第2設定電圧比よりも大きくかつ第2直流電圧(Vd2)から第1直流電圧(Vd1)に変換する場合とのそれぞれで、かつ、上記設定電流、第1直流電圧(Vd1)と第2直流電圧(Vd2)との一方および上記設定電流の積で得られる電力、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差(Td)のいずれかの絶対値が所定値以下のとき、第2動作モードにより第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)を制御することが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect, the control circuit (3) has a second operation mode different from the first operation mode which is the specific operation mode. It is preferable. In the second operation mode, the control circuit (3) delays the phase of the second control signal from the phase of the first control signal, and the duty ratio of the first control signal is smaller than the duty ratio of the second control signal. Thus, the first switching circuit (1) and the second switching circuit (2) are controlled. In the control circuit (3), the voltage ratio is smaller than the first set voltage ratio and the first DC voltage (Vd1) is converted to the second DC voltage (Vd2), and the voltage ratio is the second set voltage ratio. Larger than the second DC voltage (Vd2) to the first DC voltage (Vd1), and the set current, the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2). When the absolute value of either the power obtained by the product of one of the above and the set current or the phase difference (Td) between the first control signal and the second control signal is equal to or less than a predetermined value, It is preferable to control the first switching circuit (1) and the second switching circuit (2).
第11の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、第1直流電圧Vd1の電圧値と第2直流電圧Vd2の電圧値とが一定の範囲内で変動しない場合であっても、動作をより安定させることが可能になる。よって、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とが変動する許容範囲を、より拡張することが可能になる。
According to the eleventh aspect, the DC-DC converter (10) operates even when the voltage value of the first DC voltage Vd1 and the voltage value of the second DC voltage Vd2 do not vary within a certain range. Can be made more stable. Therefore, in the DC-
本発明に係る第12の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第11の態様において、第1制御信号のデューティ比は、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差(Td)に比例することが好ましい。 In the DC-DC converter (10) of the twelfth aspect according to the present invention, in the eleventh aspect, the duty ratio of the first control signal is the phase difference (Td) between the first control signal and the second control signal. ) Is preferable.
第12の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、制御回路(3)は、第2動作モードから第1動作モードに切り替わるときに、第1制御信号および第2制御信号の波形を一致させることが可能になる。また、制御回路(3)は、第2動作モードから通常の動作モードに切り替わるときに、第1制御信号および第2制御信号の波形を一致させることが可能になる。その結果、DC−DCコンバータ(10)では、制御回路(3)による動作モードの切替時に、出力波形が急変するのを回避することが可能となり、DC−DCコンバータ(10)の動作を安定させることが可能になる。 According to the twelfth aspect, in the DC-DC converter (10), when the control circuit (3) switches from the second operation mode to the first operation mode, the waveforms of the first control signal and the second control signal are displayed. It becomes possible to match. Further, the control circuit (3) can match the waveforms of the first control signal and the second control signal when switching from the second operation mode to the normal operation mode. As a result, in the DC-DC converter (10), it is possible to avoid a sudden change in the output waveform when the operation mode is switched by the control circuit (3), and the operation of the DC-DC converter (10) is stabilized. It becomes possible.
本発明に係る第13の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第9の態様において、検出回路(5)は、第1直流電圧(Vd1)および第2直流電圧(Vd2)を検出するように構成されていることが好ましい。制御回路(3)は、検出回路(5)により検出された第1直流電圧(Vd1)および第2直流電圧(Vd2)に基づいて、第1直流電圧(Vd1)と第2直流電圧(Vd2)との電圧比を算出するように構成されていることが好ましい。制御回路(3)は、特定の制御を行う特定動作モードを有していることが好ましい。特定動作モードでは、制御回路(3)が、第1制御信号の位相を第2制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、第2制御信号がオン状態のときに第1制御信号がオフ状態となるように、第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)を制御する。制御回路(3)に設けられた記憶部には、第1設定電圧比と、第1設定電圧比よりも大きい第2設定電圧比とが、記憶されていることが好ましい。制御回路(3)は、上記電圧比が第1設定電圧比よりも小さくかつ第2直流電圧(Vd2)から第1直流電圧(Vd1)に変換するときと、上記電圧比が第2設定電圧比よりも大きくかつ第1直流電圧(Vd1)から第2直流電圧(Vd2)に変換するときとのそれぞれにおいて、特定動作モードにより第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)を制御することが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the thirteenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the detection circuit (5) detects the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2). It is preferable that it is comprised. The control circuit (3) has a first DC voltage (Vd1) and a second DC voltage (Vd2) based on the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2) detected by the detection circuit (5). It is preferable that the voltage ratio is calculated. The control circuit (3) preferably has a specific operation mode for performing specific control. In the specific operation mode, the control circuit (3) delays the phase of the first control signal from the phase of the second control signal, and the first control signal is turned off when the second control signal is on. Thus, the first switching circuit (1) and the second switching circuit (2) are controlled. The storage unit provided in the control circuit (3) preferably stores a first set voltage ratio and a second set voltage ratio that is larger than the first set voltage ratio. When the voltage ratio is smaller than the first set voltage ratio and converted from the second DC voltage (Vd2) to the first DC voltage (Vd1), the control circuit (3) And switching the first DC voltage (Vd1) to the second DC voltage (Vd2) to control the first switching circuit (1) and the second switching circuit (2) according to the specific operation mode. It is preferable.
第13の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、第1直流電圧Vd1の電圧値と第2直流電圧Vd2の電圧値とが一定の範囲内で変動しない場合であっても、動作を安定させることが可能になる。すなわち、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とが変動する許容範囲に制約がなくなり、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とが変動する許容範囲を拡張することが可能になる。
According to the thirteenth aspect, the DC-DC converter (10) operates even when the voltage value of the first DC voltage Vd1 and the voltage value of the second DC voltage Vd2 do not vary within a certain range. Can be stabilized. That is, in the DC-
本発明に係る第14の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第13の態様において、制御回路(3)は、特定動作モードである第1動作モードとは異なる、第2動作モードを有していることが好ましい。第2動作モードでは、制御回路(3)が、第1制御信号の位相を第2制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、第2制御信号のデューティ比が第1制御信号のデューティ比よりも小さくなるように、第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)を制御する。制御回路(3)は、上記電圧比が第1設定電圧比よりも小さくかつ第1直流電圧(Vd1)から第2直流電圧(Vd2)に変換する場合と、上記電圧比が第2設定電圧比よりも大きくかつ第2直流電圧(Vd2)から第1直流電圧(Vd1)に変換する場合とのそれぞれで、かつ、上記設定電流、第1直流電圧(Vd1)と第2直流電圧(Vd2)との一方および上記設定電流の積で得られる電力、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差(Td)のいずれかの絶対値が所定値以下のとき、第2動作モードにより第1スイッチング回路(1)および第2スイッチング回路(2)を制御することが好ましい。 In the DC-DC converter (10) according to the fourteenth aspect of the present invention, in the thirteenth aspect, the control circuit (3) has a second operation mode different from the first operation mode which is the specific operation mode. It is preferable. In the second operation mode, the control circuit (3) delays the phase of the first control signal from the phase of the second control signal, and the duty ratio of the second control signal is smaller than the duty ratio of the first control signal. Thus, the first switching circuit (1) and the second switching circuit (2) are controlled. In the control circuit (3), the voltage ratio is smaller than the first set voltage ratio and the first DC voltage (Vd1) is converted to the second DC voltage (Vd2), and the voltage ratio is the second set voltage ratio. Larger than the second DC voltage (Vd2) to the first DC voltage (Vd1), and the set current, the first DC voltage (Vd1) and the second DC voltage (Vd2). When the absolute value of either the power obtained by the product of one of the above and the set current or the phase difference (Td) between the first control signal and the second control signal is equal to or less than a predetermined value, It is preferable to control the first switching circuit (1) and the second switching circuit (2).
第14の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、第1直流電圧Vd1の電圧値と第2直流電圧Vd2の電圧値とが一定の範囲内で変動しない場合であっても、動作をより安定させることが可能になる。よって、DC−DCコンバータ10では、第1直流電圧Vd1と第2直流電圧Vd2とが変動する許容範囲を、より拡張することが可能になる。
According to the fourteenth aspect, the DC-DC converter (10) operates even when the voltage value of the first DC voltage Vd1 and the voltage value of the second DC voltage Vd2 do not vary within a certain range. Can be made more stable. Therefore, in the DC-
本発明に係る第15の態様のDC−DCコンバータ(10)では、第14の態様において、第2制御信号のデューティ比は、第1制御信号と第2制御信号との間の位相差(Td)に比例することが好ましい。 In the DC-DC converter (10) of the fifteenth aspect according to the present invention, in the fourteenth aspect, the duty ratio of the second control signal is the phase difference (Td) between the first control signal and the second control signal. ) Is preferable.
第15の態様によれば、DC−DCコンバータ(10)では、制御回路(3)は、第2動作モードから第1動作モードに切り替わるときに、第1制御信号および第2制御信号の波形を一致させることが可能になる。また、制御回路(3)は、第2動作モードから通常の動作モードに切り替わるときに、第1制御信号および第2制御信号の波形を一致させることが可能になる。その結果、DC−DCコンバータ(10)では、制御回路(3)による動作モードの切替時に、出力波形が急変するのを回避することが可能となり、DC−DCコンバータ(10)の動作を安定させることが可能になる。 According to the fifteenth aspect, in the DC-DC converter (10), when the control circuit (3) switches from the second operation mode to the first operation mode, the waveforms of the first control signal and the second control signal are displayed. It becomes possible to match. Further, the control circuit (3) can match the waveforms of the first control signal and the second control signal when switching from the second operation mode to the normal operation mode. As a result, in the DC-DC converter (10), it is possible to avoid a sudden change in the output waveform when the operation mode is switched by the control circuit (3), and the operation of the DC-DC converter (10) is stabilized. It becomes possible.
本発明を幾つかの好ましい実施形態によって記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。 While the invention has been described in terms of several preferred embodiments, various modifications and variations can be made by those skilled in the art without departing from the true spirit and scope of the invention, ie, the claims.
Claims (15)
第1スイッチング素子を具備する第1スイッチング回路と、インダクタと、コンデンサと、トランスと、第2スイッチング素子を具備する第2スイッチング回路と、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御する制御回路とを備え、
前記第1スイッチング回路は、前記第1直流電圧と第1交流電圧とを双方向に電圧変換を行うように構成され、
前記第2スイッチング回路は、第2交流電圧と前記第2直流電圧とを双方向に電圧変換を行うように構成され、
前記トランスは、第1巻線と第2巻線とを備え、前記第1巻線と前記第2巻線とは、磁気的に結合され、
前記第1スイッチング回路における前記第1交流電圧側の一対の接続端間には、前記第1巻線が電気的に接続され、
前記第2スイッチング回路における前記第2交流電圧側の一対の接続端間には、前記第2巻線が電気的に接続され、
前記インダクタと前記コンデンサとの直列回路は、前記第1スイッチング回路における前記一対の接続端間において、前記第1巻線と電気的に直列接続されている
ことを特徴とするDC−DCコンバータ。A DC-DC converter that bi-directionally converts a first DC voltage and a second DC voltage,
A first switching circuit having a first switching element, an inductor, a capacitor, a transformer, a second switching circuit having a second switching element, and a control for controlling the first switching circuit and the second switching circuit With circuit,
The first switching circuit is configured to perform bidirectional voltage conversion between the first DC voltage and the first AC voltage,
The second switching circuit is configured to bi-directionally convert a second AC voltage and the second DC voltage,
The transformer includes a first winding and a second winding, and the first winding and the second winding are magnetically coupled,
The first winding is electrically connected between a pair of connection ends on the first AC voltage side in the first switching circuit,
The second winding is electrically connected between a pair of connection ends on the second AC voltage side in the second switching circuit,
The DC-DC converter, wherein a series circuit of the inductor and the capacitor is electrically connected in series with the first winding between the pair of connection ends in the first switching circuit.
ことを特徴とする請求項1記載のDC−DCコンバータ。The turn ratio of the transformer represented by a value obtained by dividing the number of turns of the first winding by the number of turns of the second winding is such that the maximum value of the first DC voltage is the minimum value of the second DC voltage. 2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the DC-DC converter is smaller than a value divided by a value and larger than a value obtained by dividing the minimum value of the first DC voltage by the maximum value of the second DC voltage.
前記第1直流電圧と前記第2直流電圧との他方は、直流電圧源の端子間電圧であり、
前記第1巻線の巻線数を前記第2巻線の巻線数で除算した値で表される前記トランスの巻数比は、前記直流電圧源の端子間電圧を、前記蓄電池における充電時の端子間電圧と前記蓄電池における放電時の端子間電圧との平均値で除算した値を基準値とする所定範囲内の値である
ことを特徴とする請求項1記載のDC−DCコンバータ。One of the first DC voltage and the second DC voltage is a terminal voltage of the storage battery,
The other of the first DC voltage and the second DC voltage is a voltage between terminals of a DC voltage source,
The turns ratio of the transformer represented by a value obtained by dividing the number of turns of the first winding by the number of turns of the second winding is the voltage between the terminals of the DC voltage source when charging the storage battery. 2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the DC-DC converter is a value within a predetermined range with a value obtained by dividing an average value of an inter-terminal voltage and an inter-terminal voltage during discharging in the storage battery as a reference value.
前記第1制御信号および前記第2制御信号の各々は、PWM信号であり、前記第1制御信号と前記第2制御信号とは、同じ周波数、かつ、同じデューティ比であり、
前記制御回路は、前記第1制御信号と前記第2制御信号との間の位相差を可変とするように、前記第1制御信号の位相と前記第2制御信号の位相とを調節するように構成されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のDC−DCコンバータ。The control circuit controls the first switching circuit by a first control signal for controlling the first switching element, and controls the second switching circuit by a second control signal for controlling the second switching element. Configured as
Each of the first control signal and the second control signal is a PWM signal, and the first control signal and the second control signal have the same frequency and the same duty ratio,
The control circuit adjusts the phase of the first control signal and the phase of the second control signal so that the phase difference between the first control signal and the second control signal is variable. The DC-DC converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the DC-DC converter is configured.
ことを特徴とする請求項4記載のDC−DCコンバータ。The control circuit is configured to delay one phase of the first control signal and the second control signal from the other phase of the first control signal and the second control signal. 5. The DC-DC converter according to claim 4, wherein
ことを特徴とする請求項5記載のDC−DCコンバータ。The DC-DC converter according to claim 5, wherein the frequency of each of the first control signal and the second control signal is equal to or higher than a resonance frequency of the series circuit.
ことを特徴とする請求項5または請求項6記載のDC−DCコンバータ。The control circuit increases a frequency of each of the first control signal and the second control signal when a phase difference between the first control signal and the second control signal increases. The DC-DC converter according to claim 5 or 6.
前記制御回路は、前記検出回路により検出された前記共振電流の位相に応じて、前記第1スイッチング回路もしくは前記第2スイッチング回路における前記一対の接続端間の電圧の位相と、前記共振電流の位相との位相差が小さくなるように、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のスイッチング周波数を制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載のDC−DCコンバータ。A detection circuit for detecting a phase of a resonance current flowing in the series circuit;
The control circuit includes: a phase of the voltage between the pair of connection ends in the first switching circuit or the second switching circuit, and a phase of the resonance current according to the phase of the resonance current detected by the detection circuit. The switching frequency of the first switching circuit and the second switching circuit is controlled so that a phase difference between the first switching circuit and the second switching circuit is reduced. 8. The DC-DC converter described in 1.
前記制御回路は、前記検出回路により検出された前記検出電流と、予め設定された設定電流との差が小さくなるように、前記第1制御信号と前記第2制御信号との間の位相差を制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項8記載のDC−DCコンバータ。The detection circuit is configured to detect a detection current flowing in the first switching circuit or the second switching circuit,
The control circuit sets a phase difference between the first control signal and the second control signal so that a difference between the detection current detected by the detection circuit and a preset set current is small. It is comprised so that it may control. The DC-DC converter of Claim 8 characterized by the above-mentioned.
前記制御回路は、前記検出回路により検出された前記第1直流電圧および前記第2直流電圧に基づいて、前記第1直流電圧と前記第2直流電圧との電圧比を算出するように構成され、
前記制御回路は、特定の制御を行う特定動作モードを有し、
前記特定動作モードでは、前記制御回路が、前記第2制御信号の位相を前記第1制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、前記第1制御信号がオン状態のときに前記第2制御信号がオフ状態となるように、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御し、
前記制御回路に設けられた記憶部には、第1設定電圧比と、前記第1設定電圧比よりも大きい第2設定電圧比とが、記憶され、
前記制御回路は、前記電圧比が前記第1設定電圧比よりも小さくかつ前記第2直流電圧から前記第1直流電圧に変換するときと、前記電圧比が前記第2設定電圧比よりも大きくかつ前記第1直流電圧から前記第2直流電圧に変換するときとのそれぞれにおいて、前記特定動作モードにより前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御する
ことを特徴とする請求項9記載のDC−DCコンバータ。The detection circuit is configured to detect the first DC voltage and the second DC voltage;
The control circuit is configured to calculate a voltage ratio between the first DC voltage and the second DC voltage based on the first DC voltage and the second DC voltage detected by the detection circuit;
The control circuit has a specific operation mode for performing specific control,
In the specific operation mode, the control circuit delays the phase of the second control signal from the phase of the first control signal, and the second control signal is turned off when the first control signal is on. Controlling the first switching circuit and the second switching circuit to be in a state;
The storage unit provided in the control circuit stores a first set voltage ratio and a second set voltage ratio that is larger than the first set voltage ratio,
The control circuit is configured such that when the voltage ratio is smaller than the first set voltage ratio and the second DC voltage is converted to the first DC voltage, the voltage ratio is greater than the second set voltage ratio and 10. The DC according to claim 9, wherein the first switching circuit and the second switching circuit are controlled according to the specific operation mode in each of the conversion from the first DC voltage to the second DC voltage. DC converter.
前記第2動作モードでは、前記制御回路が、前記第2制御信号の位相を前記第1制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、前記第1制御信号のデューティ比が前記第2制御信号のデューティ比よりも小さくなるように、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御し、
前記制御回路は、前記電圧比が前記第1設定電圧比よりも小さくかつ前記第1直流電圧から前記第2直流電圧に変換する場合と、前記電圧比が前記第2設定電圧比よりも大きくかつ前記第2直流電圧から前記第1直流電圧に変換する場合とのそれぞれで、かつ、前記設定電流、前記第1直流電圧と前記第2直流電圧との一方および前記設定電流の積で得られる電力、前記第1制御信号と前記第2制御信号との間の位相差のいずれかの絶対値が所定値以下のとき、前記第2動作モードにより前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御する
ことを特徴とする請求項10記載のDC−DCコンバータ。The control circuit has a second operation mode different from the first operation mode which is the specific operation mode,
In the second operation mode, the control circuit delays the phase of the second control signal from the phase of the first control signal, and the duty ratio of the first control signal is the duty ratio of the second control signal. Controlling the first switching circuit and the second switching circuit to be smaller than
The control circuit includes a case where the voltage ratio is smaller than the first set voltage ratio and the first DC voltage is converted to the second DC voltage, and the voltage ratio is greater than the second set voltage ratio. Each of the cases where the second DC voltage is converted to the first DC voltage, and the power obtained by the product of the set current, one of the first DC voltage and the second DC voltage, and the set current When the absolute value of any of the phase differences between the first control signal and the second control signal is less than or equal to a predetermined value, the first switching circuit and the second switching circuit are controlled by the second operation mode. The DC-DC converter according to claim 10.
ことを特徴とする請求項11記載のDC−DCコンバータ。The DC-DC converter according to claim 11, wherein a duty ratio of the first control signal is proportional to a phase difference between the first control signal and the second control signal.
前記制御回路は、前記検出回路により検出された前記第1直流電圧および前記第2直流電圧に基づいて、前記第1直流電圧と前記第2直流電圧との電圧比を算出するように構成され、
前記制御回路は、特定の制御を行う特定動作モードを有し、
前記特定動作モードでは、前記制御回路が、前記第1制御信号の位相を前記第2制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、前記第2制御信号がオン状態のときに前記第1制御信号がオフ状態となるように、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御し、
前記制御回路に設けられた記憶部には、第1設定電圧比と、前記第1設定電圧比よりも大きい第2設定電圧比とが、記憶され、
前記制御回路は、前記電圧比が前記第1設定電圧比よりも小さくかつ前記第2直流電圧から前記第1直流電圧に変換するときと、前記電圧比が前記第2設定電圧比よりも大きくかつ前記第1直流電圧から前記第2直流電圧に変換するときとのそれぞれにおいて、前記特定動作モードにより前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御する
ことを特徴とする請求項9記載のDC−DCコンバータ。The detection circuit is configured to detect the first DC voltage and the second DC voltage;
The control circuit is configured to calculate a voltage ratio between the first DC voltage and the second DC voltage based on the first DC voltage and the second DC voltage detected by the detection circuit;
The control circuit has a specific operation mode for performing specific control,
In the specific operation mode, the control circuit delays the phase of the first control signal from the phase of the second control signal, and the first control signal is turned off when the second control signal is in an on state. Controlling the first switching circuit and the second switching circuit to be in a state;
The storage unit provided in the control circuit stores a first set voltage ratio and a second set voltage ratio that is larger than the first set voltage ratio,
The control circuit is configured such that when the voltage ratio is smaller than the first set voltage ratio and the second DC voltage is converted to the first DC voltage, the voltage ratio is greater than the second set voltage ratio and 10. The DC according to claim 9, wherein the first switching circuit and the second switching circuit are controlled according to the specific operation mode in each of the conversion from the first DC voltage to the second DC voltage. DC converter.
前記第2動作モードでは、前記制御回路が、前記第1制御信号の位相を前記第2制御信号の位相よりも遅らせ、かつ、前記第2制御信号のデューティ比が前記第1制御信号のデューティ比よりも小さくなるように、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御し、
前記制御回路は、前記電圧比が前記第1設定電圧比よりも小さくかつ前記第1直流電圧から前記第2直流電圧に変換する場合と、前記電圧比が前記第2設定電圧比よりも大きくかつ前記第2直流電圧から前記第1直流電圧に変換する場合とのそれぞれで、かつ、前記設定電流、前記第1直流電圧と前記第2直流電圧との一方および前記設定電流の積で得られる電力、前記第1制御信号と前記第2制御信号との間の位相差のいずれかの絶対値が所定値以下のとき、前記第2動作モードにより前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路を制御する
ことを特徴とする請求項13記載のDC−DCコンバータ。The control circuit has a second operation mode different from the first operation mode which is the specific operation mode,
In the second operation mode, the control circuit delays the phase of the first control signal from the phase of the second control signal, and the duty ratio of the second control signal is the duty ratio of the first control signal. Controlling the first switching circuit and the second switching circuit to be smaller than
The control circuit includes a case where the voltage ratio is smaller than the first set voltage ratio and the first DC voltage is converted to the second DC voltage, and the voltage ratio is greater than the second set voltage ratio. Each of the cases where the second DC voltage is converted to the first DC voltage, and the power obtained by the product of the set current, one of the first DC voltage and the second DC voltage, and the set current When the absolute value of any of the phase differences between the first control signal and the second control signal is less than or equal to a predetermined value, the first switching circuit and the second switching circuit are controlled by the second operation mode. The DC-DC converter according to claim 13.
ことを特徴とする請求項14記載のDC−DCコンバータ。The DC-DC converter according to claim 14, wherein a duty ratio of the second control signal is proportional to a phase difference between the first control signal and the second control signal.
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